Haenssler Group将Kimya ABS-ESD 线材与 Ultimaker 开放式线材系统结合使用
2020 年夏天，德国公司 Haenssler Group 开始使用优质塑料和弹性体开发和生产独特的密封解决方案和复杂零件，并开始为其一位客户设计和生产零件。该客户正在寻找一种具有抗静电特性的密封剂，可以在机器的两个组件之间提供热保护。
这部分必须由两个独立的组件组成，在机器的生命周期中可以很容易地拆卸和重新组装。进一步增加了挑战，客户需要将300个此类零件集成到现有生产线中。每年进行两次生产，每批150件小批量生产，同时遵守精确的交货时间表。
考虑到这一点，并且由于其线材与 Haenssler Group 的Ultimaker S5 3D 打印机兼容，Haenssler Group与 3D 打印材料制造商 Kimya 合作。
从3D打印机中取出零件
使用Kimya ABS-ESD进行3D打印
与Kimya ABS-ESD 灯丝一起前进
Kimya ABS-ESD 灯丝是一种工程级材料，经证明可以满足必要的要求，同时可在 Ultimaker S5 等桌面打印机上加工。
长丝所基于的 ABS 基体结合典型的纯 ABS 拉伸模量和强度值（见表 1），确保了足够的抗冲击性（夏比，10.9 KJ/m²）和耐热性（高达90°C）。
Kimya ABS-ESD 的专有填料和复合技术使 ESD 性能在复合后的 11 个月内稳定在 10^6 ohm/sp 标称值左右。此外，为确保每批生产在 106-109 ohm/m² 范围内保持相同的 ESD 性能，在每批商业化之前评估表面电阻率（3D 打印样品的 ASTM 527 标准）。
有趣的是，还已知灯丝直径对 ESD 行为再现性有显着影响。Kimya ABS-ESD 的细丝直径具有 2.84 mm ± 0.0062 mm（99.999936% 置信区间）的窄分布，可在熔体凝固之前实现完美的挤出体积和高度层堆叠。
因此，在加工ESD 材料时，对灯丝直径的控制更为重要，因为不规则的表面拓扑结构和欠挤压效应会严重影响 3D 打印部件表面的高效且均匀的电荷传输。
Kimya ABS-ESD 印刷样品的电气和机械性能如下表所示。
测试方法
标准
价值观
表面电阻率
ASTM D257
107 - 109 欧姆/平方米
拉伸模量
ISO 527-2/5A/50
1,121兆帕
抗拉强度
ISO 527-2/5A/50
24.3兆帕
屈服拉伸应变
ISO 527-2/5A/50
3.1%
断裂拉伸应力
ISO 527-2/5A/50
19.8兆帕
断裂拉伸应变
ISO 527
6.4%
夏比抗冲击性
ISO 179-1/1eA
10.9千焦/平方米
邵氏硬度
ISO 868
66.7D
A) 灯丝 X 方向的工艺能力
B) 灯丝 Y 方向的工艺能力。计算基于他的 Weibull 分布模型。
定制的打印配置文件
Haenssler 集团认为，Kimya 的 ABS-ESD 灯丝还满足两个基本标准：抗静电(ESD)以及高达90°C的耐温性。另一个好处是灯丝的重量。每个卷轴仅 2.2 公斤，Haenssler Group 能够更有效地运输和处理材料，从而为公司节省了时间和金钱。
有了合适的材料，Haenssler Group 开始了部件的设计阶段，通过结合内部真空来优化其绝缘性能。然而，在打印时，Haenssler Group 观察到由于分层标记和流动缺陷导致的一些缺陷，在打印具有复杂几何形状的大幅面零件时有时会出现这些缺陷。Haenssler Group 通知了 Kimya，要求对问题进行分析并提出解决方案的建议，这些建议以定制印刷配置文件的形式出现。
“当我们遇到打印缺陷时，Kimya 迅速做出反应，建立了能够提供所需质量水平的打印配置文件。因此，我们能够在最后期限内生产出零件，”Haenssler Group 的3D工程师 Dirk Olbert 说。
使用该材料的打印配置文件使 Haenssler Group 能够更快地验证最终部件的属性——这是一项总体优势，使公司能够轻松适应不断变化的市场需求。它还聚焦 3D 打印——表明经济实惠且可靠的 3D 打印机提供的技术，结合高质量和硬件验证的材料，可以提高生产力并缩短产品（或服务）的上市时间。
Haenssler 隔离器部件的 3D 模型（左），以及对所有 10 个样本的模型的六个最具代表性的尺寸进行静态分析。目标尺寸以红色虚线突出显示。
扫描计划
ESD 安全性能受表面缺陷的影响很大，这将不可避免地改变电荷的耗散。这意味着除了满足视觉和完整性要求外，Haenssler Group 的零件还必须在 ESD 行为和尺寸精度方面具有可重复性。
在 Haenssler Group 每年生产的 300 个单位中，一组 10 个在多台 Ultimaker S5 3D 打印机上打印的样本被选中，通过卡尺对最具代表性的特征进行手动尺寸分析。下图显示了与目标尺寸 A、B、C、E、F 的最小变化（低于 ± 0.2 毫米）以及与尺寸 D 的目标 8 毫米的可预测变化 -0.3 毫米。总体而言，所有样品都报告了良好的精度水平和批次间的重现性，正如不同样品之间测试的所有尺寸的变化可以忽略不计所示。
通过对 Haenssler 隔离器部件的3D扫描制作的彩色图，显示了± 0.3 mm 的通过/未通过分析的尺寸精度。
为了全面评估整个打印物体的表面质量，Haenssler Group 工程师使用 GOM Atos Core 3D 扫描仪对选定数量的打印部件进行了高分辨率 3D 扫描分析。
扫描生成了一张彩色地图，显示了理想 CAD 模型与实际扫描零件之间的相对偏差。然后它为尺寸精度生成了一个通过/不通过过滤器，阈值为 0.3 mm。地图上的红色标记区域，沿圆柱区域的 Z 方向随机分布，源自亚毫米级残留物（偏差超过 0.3 毫米）。使用 P240 砂纸通过最少和简单的后处理消除了这种残留物，并充分去除了表面缺陷并消除了潜在的电荷积累点。
这使 Haenssler Group 能够创建 ABS-ESD 优化的打印配置文件，与经过适当校准的 Ultimaker S5 相结合，使零件具有可接受的公差限制，并且批次间尺寸变化很小。
测量Kimya ABS-ESD 3D打印部件
伙伴力量
正如通过形貌和尺寸分析确定的那样，Ultimaker S5 打印机上的 Kimya ABS-ESD 可加工性结合其受控的 ESD 行为，使 Haenssler Group 能够验证3D打印是一种生产中等批量隔离器组件的制造技术。Kimya、Haenssler Group 和 Ultimaker 通过其精确的3D打印机和开放式灯丝系统共同开发了针对高度特定的客户需求的定制解决方案。此外，Haenssler Group 报告称，与传统铣削相比，每件成本的材料浪费减少了60-80%。
该项目还能够在相对较短的时间内完成——使客户能够不间断地继续生产。
“我们与 Kimya 的合作非常有益，”Haenssler Group 营销经理 Adrian Heinrich 说。“Kimya 的团队展示了其可靠性和专业知识，特别是考虑到项目的高度挑战性。我们确信我们将进一步合作未来，将其3D灯丝用于其他项目。”
源文摘自：Ultimaker
